Propiedades térmicas.

Capítulo

19

Propiedades
térmicas

E

n la fotografía se muestra un
cubo al rojo blanco de un
material aislante de fibras de
sílice, el cual unos segundos
después de haber sido retirado de
un horno caliente puede ser
manipulado por sus bordes con
las manos desnudas. Al principio,
la transferencia de calor desde la
superficie es relativamente
rápida; sin embargo, la
conductividad térmica de estematerial es tan pequeña que la
conducción de calor desde el
interior [temperatura máxima de
~1250°C (2300°F)] es
extremadamente baja.
Este material fue desarrollado
especialmente para los mosaicos
de cerámica que conforman el
escudo térmico de los
transbordadores espaciales, a los
que protegen y aíslan durante su
violento reingreso a la atmósfera.
Otras características atractivas de
este materialaislante superficial
reutilizable de alta temperatura
(HRSI) son su baja densidad y bajo
coeficiente de dilatación térmica.
(Fotografía cortesía de Lockheed
Missiles & Space Company, Inc.)

¿POR QUÉ estudiar las propiedades térmicas de los materiales?
La selección de materiales para componentes que
estarán expuestos a temperaturas elevadas o a
temperaturas menores a la temperatura ambiente,
acambios de temperatura y/o a gradientes de
temperatura, requiere que el ingeniero de diseño
comprenda bien las respuestas térmicas de los
materiales, y también que tenga acceso a las
propiedades térmicas de una amplia variedad
de materiales. Por ejemplo, en el estudio de los
materiales empleados para la placa conductora de un

paquete de circuitos integrados (sección 22.16), existen
restricciones querepercuten en las propiedades
térmicas del material adhesivo que une al chip del
circuito integrado al bastidor de la placa conductora.
Este adhesivo debe ser conductor térmico para facilitar
la disipación del calor generado por el chip. Además,
sus propiedades de expansión/contracción durante el
calentamiento/enfriamiento deben equipararse con las
del chip de modo que se conserve la integridad dela
unión adhesivo-chip durante el ciclo térmico.
• R1

Objetivos de aprendizaje
Después de estudiar este capítulo, usted será capaz de:
una gráfica de energía potencial versus
1. Definir los términos capacidad calorífica y calor
específico.
separación interatómica.
2. Explicar el mecanismo primario mediante el
5. Definir la conductividad térmica.
cual la energía térmica es asimilada por los
6.Describir los dos mecanismos principales de
materiales sólidos.
conducción de calor en los sólidos, y comparar
3. Determinar el coeficiente lineal de dilatación
las magnitudes relativas de estas
térmica dada la alteración de la longitud que
contribuciones para los materiales metálicos,
acompaña a un cambio específico de
cerámicos y polímeros.
temperatura.
4. Explicar brevemente el fenómeno dedilatación
térmica desde la perspectiva atómica usando

19.1 INTRODUCCIÓN
Por “propiedad térmica” se entiende la respuesta de un material a la aplicación de calor. A
medida que un sólido absorbe energía en forma de calor, su temperatura y sus dimensiones
aumentan. La energía puede transportarse a las regiones más frías de la probeta si existen gradientes de temperatura y, finalmente, la probeta puedefundirse. La capacidad calorífica, la
dilatación térmica y la conductividad térmica son propiedades críticas en la utilización práctica de los sólidos.

19.2 CAPACIDAD CALORÍFICA
capacidad calorífica

Definición de capacidad
calorífica: relación del
cambio de energía
(energía ganada o
perdida) entre el cambio
resultante de temperatura
calor específico

Cuando se calienta un material sólido, ésteexperimenta un aumento de temperatura, indicando con ello que alguna energía se ha absorbido. La capacidad calorífica es una propiedad que
indica la “habilidad” de un material para absorber calor de su entorno; representa la cantidad
de energía necesaria para producir un aumento unitario de la temperatura. En términos matemáticos, la capacidad calorífica C se expresa como sigue:
C =

dQ
dT...